一种基于图论的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优化方法技术

一种基于图论的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优化方法，涉及通信资源分配优化技术领域。为了提供更好的用户整体的通信质量，增加蜂窝网络的系统容量。通过以下步骤实现：将宏基站和微基站链接到总控制中心；在用户通信发起阶段，各基站通过信令获取用户的信道信息；确定ABSF比例可选范围并从小到大依次选择；每选择一个ABSF比例，总控制中心通过用户接入使得目标函数最大；通过改进的KM算法来选择接入决策；比较各个ABSF比例下最优化目标函数的大小，选择最大的比例作为最终的时域干扰协调参数，选择最大优化目标函数的用户连接方法为最终的接入方式。适用于宏基站与微基站共存的异构网络中时域干扰协调与接入控制联合用户。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于图论算法的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优化方法，涉及通信资源分配优化
技术背景如今，随着人们对无线数据业务需求的增长，为了保证用户有更好的通信质量，更高的数据传输速度，无线蜂窝网络(如3G、LTE)基站部署越来越密集。并且，为应对室内无线信号衰弱快，人员密度大的问题，微基站(small-cell)已经开始部署到室内。这种覆盖范围小，发射功率低的微型基站的密集部署，能够为室内人员提供更好的无线网络服务质量。宏基站和微基站组成异构网络，宏基站能够满足用户的移动性要求，而微基站能够增强室内用户的通信质量和传输速度。但是这种微基站与宏基站组成的异构网络存在资源竞争和相互干扰的问题，并且通常在一个宏基站的覆盖范围下会布置若干微基站，增加了竞争和干扰的强度。如何合理地分配宏基站和这些微基站的时频域资源，以及如何合理进行用户接入决策，是需要解决的问题。干扰协调是一类对异构网络干扰问题的简单有效的解决方案，协调的意思是相邻小区间相互沟通已达到降低干扰或消除干扰的目的。可以分为时域、频域、空域和能量的干扰消除算法。而用户几乎空白帧(AlmostBlankSub-Frame，ABSF)是时域干扰抑制算法，在特定的时隙(ABSFrame)，宏基站不传输数据信息，ABS帧的最优化比例是与微小区用户以及宏小区用户的数目相关的，在ABS帧，微基站用户会有更好的通信质量，而宏基站用户却因为可r>用时域资源的减少而导致通信质量的降低，在微小区较多的情况下，这种方法能够有效的减少干扰带来的资源浪费，提高用户整体的通信质量，增加蜂窝网络的容纳用户数。另外，对于微小区边缘用户，用户的接入决策会影响到用户的通信质量，并可能由于乒乓效应导致不断掉话。本文发现干扰协调与用户接入有相互影响的关系。干扰协调中ABS帧比例会导致用户接入网络的变化，而反过来优化的ABS帧比例应该跟宏小区和微小区的用户数比例相关。并且，我们希望较多的用户接入到小基站中，因为宏基站会对所有复用宏基站占用的资源的微基站造成干扰，如果能使较多的用户接入到微基站中，那么宏基站不需要占用过多的资源，微基站也就有更多没有来自宏基站干扰的资源可以利用，对全局来讲，增加了系统容量。因此，这两个问题的联合优化能得到最优的ABS帧比例和用户接入选择，这就是本专利技术的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于图论的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优化方法，以提供更好的用户整体的通信质量，增加蜂窝网络的系统容量。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种基于图论的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优化方法，接入和时域干扰算法ABSF联合优化，能够获得更大的系统容量，所述方法的实现过程为：步骤一、将宏基站和微基站链接到总控制中心，用户接入与时域干扰协调均通过总控制中心来进行；步骤二、在用户通信发起阶段，各基站通过信令获取用户的信道信息，各个基站将连接到该基站的用户的信道信息汇报到总控制中心；步骤三、确定宏基站的空白帧(AlmostBlankSub_Frame，ABSF)比例可选范围为1/10～5/10，从小到大依次选择；步骤四、每选择一个ABSF比例，总控制中心通过用户接入使得目标函数最大；通过图论中图的着色算法和改进的KM算法来选择接入决策；步骤五、比较各个ABSF比例下最优化目标函数的大小，选择最大的比例作为最终的时域干扰协调参数，选择最大优化目标函数的用户连接方法为最终的接入方式。根据前述技术方案，本从属技术方案是对用户接入决策部分的具体优化方法，通常用户在接入前无法知道受到干扰有多大，只能根据信号强度进行接入，而在实际的通信过程中通信质量却是受到干扰的影响；在本从属技术方案中，进行对基站的分组和对干扰的推测，使用户在接入决策过程中能够有更多的信息，能够获得更好的接入方案，更优化的用户吞吐量；接入决策的过程为：步骤1、定义Γdiff.threshold为用户接受不同基站的信号差值的门限，用户端统计接受到来自各个基站的RSSI值，如果用户第一第二强接收信号强度差Γdiff≥Γdiff.threshold，用户接入到第一强的基站中，这些用户属于已分配用户组；如果Γdiff<Γdiff.threshold，这样的用户属于待分配用户组；步骤2、定义另一个门限Γth为用户基站的信号强度门限，对每个用户而言，接收到的基站信号强度ΓBSi中大于Γth的所有微基站定义为相互干扰微基站，相互干扰基站的意义在于在未来通信中如果这些相互干扰基站使用相同的时频资源时，会导致该用户受到较大的干扰，比如用户接受到三个基站的信号强度ΓBS1,ΓBS2,ΓBS3>Γth，那么基站1,2,3为相互干扰基站，而其他基站对于该用户而言不是干扰基站；通过顶点着色法，将微基站根据相互干扰关系分为若干个组，组内基站间使用相同资源；步骤3、将资源根据每个组中所有基站已经分配的全部用户数分配给各个组；同时，对于待分配用户来说，这些信号中强度ΓBSi大于Γth的所有微基站都是备选基站；步骤4、对待分配用户根据步骤3中各个基站分配的资源以及已经链接用户数，能够估计自己接入各个备选基站的传输速率预期；用式(1)表示待接入用户n如果接入到宏基站时的预期数据速度，式(2)表示待接入用户n如果接入到微基站j时的预期数据速度：Rn=1Um+Σφ=1ΦUφ(1-α)·Blog(1+PmHm,nΣi∈ImaxPiHi,n),n→macro---(1)]]>Rn=Uk(Um+Σφ=1ΦUφ)·uj·(α·Blog(1+PjHj,nΣi∈Ik,i≠jPiHi,n)+(1-α)·Blog(1+PjHj,nPmHm,n+Σi∈Ik,i≠jPiHi,n)),n→PBSj,PBSj∈clusterk---(2)]]>其中，Um表示宏基站中已接入用户数，Uφ表示微基站j属于的微基站组φ中已连接用户数，uj表示微基站j中已接入用户数；α表示ABSF比例，B表示总带宽；Pm,Pj分别表示宏基站和微基站j在单个资源块上的发射功率；Hj,n,Hm,n分别为微基站本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图论的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优化方法，其特征在于接入和时域干扰算法ABSF联合优化，能够获得更大的系统容量，所述方法的实现过程为：步骤一、将宏基站和微基站链接到总控制中心，用户接入与时域干扰协调均通过总控制中心来进行；步骤二、在用户通信发起阶段，各基站通过信令获取用户的信道信息，各个基站将连接到该基站的用户的信道信息汇报到总控制中心；步骤三、确定宏基站的空白帧(Almost Blank Sub_Frame，ABSF)比例可选范围为1/10～5/10，从小到大依次选择；步骤四、每选择一个ABSF比例，总控制中心通过用户接入使得目标函数最大；通过图论中图的着色算法和改进的KM算法来选择接入决策；步骤五、比较各个ABSF比例下最优化目标函数的大小，选择最大的比例作为最终的时域干扰协调参数，选择最大优化目标函数的用户连接方法为最终的接入方式。

【技术特征摘要】
1.一种基于图论的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优化方法，其特征在于接入
和时域干扰算法ABSF联合优化，能够获得更大的系统容量，所述方法的实现过程为：
步骤一、将宏基站和微基站链接到总控制中心，用户接入与时域干扰协调均通过总控
制中心来进行；
步骤二、在用户通信发起阶段，各基站通过信令获取用户的信道信息，各个基站将连
接到该基站的用户的信道信息汇报到总控制中心；
步骤三、确定宏基站的空白帧(AlmostBlankSub_Frame，ABSF)比例可选范围为1/10～
5/10，从小到大依次选择；
步骤四、每选择一个ABSF比例，总控制中心通过用户接入使得目标函数最大；通过
图论中图的着色算法和改进的KM算法来选择接入决策；
步骤五、比较各个ABSF比例下最优化目标函数的大小，选择最大的比例作为最终的
时域干扰协调参数，选择最大优化目标函数的用户连接方法为最终的接入方式。
2.根据权利要求1所述的基于图论的异构网络用户接入与时域干扰协调联合优化方
法，其特征在于，通过图论中图的着色算法和改进的KM算法来选择接入决策，对基站的
分组和对干扰的推测，使用户在接入决策过程中能够有更多的信息，能够获得更好的接入
方案，更优化的用户吞吐量；接入决策的过程为：
步骤1、定义Γdiff.threshold为用户接受不同基站的信号差值的门限，用户端统计接受到来
自各个基站的RSSI值，如果用户第一第二强接收信号强度差Γdiff≥Γdiff.threshold，用户接入到
第一强的基站中，这些用户属于已分配用户组；如果Γdiff<Γdiff.threshold，这样的用户属于待
分配用户组；
步骤2、定义另一个门限Γth为用户基站的信号强度门限，对每个用户而言，接收到的
基站信号强度ΓBSi中大于Γth的所有微基站定义为相互干扰微基站，相互干扰基站的意义在
于在未来通信中如果这些相互干扰基站使用相同的时频资源时，会导致该用户受到较大的
干扰，比如用户接受到三个基站的信号强度ΓBS1,ΓBS2,ΓBS3>Γth，那么基站1,2,3为相互干
扰基站，而其他基站对于该用户而言不是干扰基站；通过顶点着色法，将微基站根据相互
干扰关系分为若干个组，组内基站间使用相同资源；
步骤3、将资源根据每个组中所有基站已经分配的全部用户数分配给各个组；同时，
对于待分配用户来说，这些信号中强度ΓBSi大于Γth的所有微基站都是备选基站；
步骤4、对待分配用户根据步骤3中各个基站分配的资源以及已经链接用户数，能够
估计自己接入各个备选基站的传输速率预期；
用式(1)表示待接入用户n如果接入到宏基站时的预期数据速度，式(2)表示待接
入用户n如果接入到微基站j时的预期数据速度：
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【专利技术属性】
技术研发人员：马琳，陈亮，徐玉滨，刘宁庆，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23